RESULTADOS E DISCUSSÃO

a Figura 1A ilustra que a contribuição de tribocharging é bastante importante, especialmente para máquinas com isolador de peças; um rotor com lâminas de polímero em execução em outra superfície de polímero pode aquecer ou mesmo deixar de funcionar por causa do aumento de atrito através do aumento da carga eletrostática e aderência entre as duas superfícies. Em contraste agudo, quando as cargas são removidas usando uma pistola de descarga de corona, o aquecimento local e dissipação de energia são reduzidos, e o consumo de energia é reduzido por ca. 66% (Fig. 1B).

Para quantificar o contato de carregamento, concomitante atrito, e a economia de energia esperado mediante pagamento de taxa de remoção, usamos um “manual de instalação”, no qual um cilindro sólido em forma de objeto é colocado no topo de um plano inclinado e permitido para deslizar livremente em direção ao fundo, depois da qual o corpo é movido de volta para a posição inicial e mais deslizante ciclos são repetidos. Uma peça de madeira cilíndrica com uma película de poli (tereftalato de etileno) (PET) contendo lâminas sobre celulose (como indicado na Fig. 2A; ver também filme S2), no processo de aquisição de tribocharges quantificados na Fig. 2B para diferentes números de ciclos deslizantes (ver os materiais suplementares para mais pormenores sobre as medições da carga). Tanto a magnitude das cargas quanto os tempos de deslizamento aumentam de corrida em corrida, no 19º downhill slide, e o tempo de deslizamento quadruplica em comparação com a primeira corrida. Numa demonstração relacionada, para ilustrar o aumento do coeficiente de atrito , o ângulo de inclinação a que o deslizamento começa também aumenta com corridas consecutivas (Fig. 2C). No entanto, quando os tribocarges nas superfícies de deslizamento são eliminados por uma pistola de descarga Zerostat corona, tanto o tempo de deslizamento e O “θ offset” revertem para os seus valores originais durante o primeiro deslizamento (Fig. 2, B E C).

Com estes exemplos ilustrativos, em seguida, usamos um testador de fricção (Hanatek Avançada Friction Tester”) para gravar o CoF(S) e o CoF(D) dos pares de várias comumente utilizados polímeros (consulte o material Complementar para mais detalhes experimentais) para repetido de deslizamento horizontal ciclos. As cargas nas peças deslizantes também foram gravadas após cada execução. Como esperávamos, tanto a densidade tribocharge e CoF(D) aumentaram durante corridas consecutivas (Fig. 3-a), com a relação mútua entre estas quantidades quantificadas em figos. S1 e S2. Notamos que o grau de transferência de material entre as duas superfícies deslizantes que acompanham a tribocharging (25) também pode afetar a CoF(D) medida (Fig. S3). Em seguida, testamos vários métodos de dissipar os tribocarges desenvolvidos, nomeadamente, enxaguando as superfícies de contato com um solvente, descarga de corona, ou cobrindo a parte de trás de um ou ambos os materiais com uma camada de um material condutor ancorado através de um fio (Fig. 3). Para todas estas abordagens e para todos os pares de polímeros descarregados, o atrito não aumentou significativamente após repetidos períodos de deslizamento. Os dados relativos a um PTFE representativo que desliza sobre a celulose são apresentados na Fig. 3 (C A e). Após a imobilização com um suporte de metal (Fig. 3D, pontos vermelhos), a CoF(D) durante o 35º ciclo de deslizamento foi apenas 9% maior do que durante a primeira corrida (Fig. 3e, pontos vermelhos), em comparação com um aumento de mais de 50% quando o polímero não é aterrado (Fig. 3e, pontos pretos). Observamos aqui que, para usos práticos, a aterrissagem pode ser o método mais econômico e tecnicamente simples.; no entanto, descobrimos que o método de descarga de corona é o melhor método para manter os coeficientes de atrito no mínimo, e que o método de enxaguamento de etanol é o melhor método para evitar o desgaste, presumivelmente porque este método também remove os detritos formados durante o deslizamento (Fig. S4). Notavelmente, embora não haja nenhuma mudança substancial na cristalinidade dos polímeros (Fig. S5) com ou sem remoção tribocharge, detectamos uma diminuição na extensão das mudanças triboquímicas (ex., oxidação e fluorinação) com remoção contínua de tribocarges ao deslizar, em comparação com os casos em que as cargas foram autorizadas a acumular-se nas superfícies de polímero (Fig. S6).

até agora, mostramos alguns dos métodos de controle de atrito direto via dissipação tribocharge. Tribocharging (and hence friction) can also be controlled by manipulating external factors such as atmosphere and umidity (29-31). Mostramos brevemente o efeito destes factores externos sobre o tribocharging e a fricção nos figos. S7 e S8. Nós também mostramos o efeito da polaridade da carga líquida (32) sobre a CoF(D) em um conjunto separado de experimentos (figos. S9 e S10).como dissemos anteriormente, os corolários mais importantes deste trabalho estão nos diferentes tipos de sistemas mecânicos com peças isolantes. Para fornecer uma demonstração simples de redução de atrito em tal sistema, monitoramos a rotação de um rolamento de esfera com um anel de plástico e bolas de vidro com e sem uma descarga contínua, como mostrado na Fig. 4A. sem descarga, a 200 rpm, A resistência do anel contra a rotação, medida por uma célula de carga ligada, aumenta com o tempo de rotação (Fig. 4B; para mais pormenores, ver fig. S11). Nós mostramos que mesmo um único “tiro” de uma arma de descarga de corona diminui instantaneamente a força de atrito de 0,0125 para 0,0060 N Após o funcionamento contínuo do rolamento (Fig. 4B).

desgaste por atrito iniciado em Contactos poliméricos também pode ser reduzido pela eliminação de cargas de contacto.: Se a adquiriu de carga da densidade em uma espessura de (0,5 cm) de cloreto de polivinila (PVC; 2,5 cm x 2,5 cm) que repetidamente deslizou em celulose (20 cm x 25 cm, θ = 20°) é mantida abaixo de -0.2 nC/cm2 por corona contínua descarga de deslizamento de avião, depois de 35 executa o desgaste na superfície de PVC é reduzido em comparação com o caso em que a mesma peça é permitida a apresentação de 35 é executado sem qualquer descarga (ca. 100 linhas de desgaste na mesma área) (Fig. 4, C A F).

por Último, para mostrar como a remoção de tribocharges, eventualmente, pode minimizar o atrito relacionados com o consumo de energia em um dispositivo, foi construída uma simples, mas ilustrativo do sistema: Nós anexado de 0,2 mm de espessura-PSU lâminas sobre o eixo de um controlador de motor elétrico (consulte o material Complementar para mais detalhes experimentais). Quando as lâminas PSU são permitidas entrar em contato com uma superfície plana de celulose, este contato e deslizamento rotacional rapidamente gera tribocarges em ambas as superfícies de polímeros (Fig. 4G e movie S1). Durante a operação normal (em que as taxas são permitido acumular no PSU lâminas e a celulose de superfície), a corrente consumida pela DC motor elétrico aumenta (no exemplo mostrado no filme de S1, a partir de 83 220 mA), o motor consome cerca de 440 mW, e, por causa do aumento do tribocharges e o atrito entre as superfícies, a rotação pára (Fig. 4H). Neste ponto, se as superfícies de contato foram liberadas corona, então a operação recomeça com menor consumo de energia (83 mA, 166 mW, cerca de um terço do valor medido para o sistema motor “tribocharged”). O atrito minimizado e o consumo de energia também podem ser visualizados por imagens térmicas do motor que trabalha sob descarga contínua (Fig. 4, I E J).